Katalog produktów

Miernik przewodności cieplnej TLS-100 gleby, skał, betonu i polimerów. Zgodnie z normami: ASTM D5334, IEEE 442 metodą Transient Line Source (TLS).

TLS-100 to przenośny miernik używany do pomiaru przewodności cieplnej i rezystywności cieplnej różnych próbek w tym: gleby, skał, betonu i polimerów. Test wykonywany jest po naciśnięciu przycisku, a wyniki pojawiają się natychmiast po krótkim pomiarze (ok. 3min). TLS-100 posiada automatycznie rozpoznawanie czujników z odpowiednimi parametrami testów. Miernik TLS-100 jest zgodny z normami ASTM D5334 i IEEE 442. Sonda składa się z cienkiego przewodu grzejnego i czujnika temperatury zamkniętego w stalowej rurce o długości 100mm (w cenie). Czujnik należy całkowicie umieścić w badanej próbce materiału. Zdolność do przewodzenia ciepła przez dany materiał charakteryzuje współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(m⋅K)].  Im niższy współczynnik przewodzenia ciepła, tym lepsze właściwości termoizolacyjne materiału. Współczynnik λ zależy od wielu czynników, głównie od rodzaju materiału (tworzywa budującego szkielet oraz specyfiki porów), od zawartości wilgoci, temperatury, kierunku przepływu ciepła, wieku. Miernik przewodności gleby to przenośny miernik przewodności cieplnej służący do pomiaru przewodności cieplnej i oporu cieplnego. Idealnie nadaje się do badania przewodności cieplnej gleby, polimerów, lepkich cieczy i innych miękkich materiałów, a także do badania przewodności cieplnej betonu, skał, kamieni i innych twardych materiałów. Transient Line Source jest zgodny z normą ASTM D5334. Igła czujnika składa się z cienkiego drutu grzejnego i czujnika temperatury zamkniętych w stalowej rurce o długości 150, 100 lub 50 mm. Czujnik wprowadzany jest całkowicie do badanej próbki. Ciepło dostarczane jest do próbki za pomocą źródła prądu stałego (q), a wzrost temperatury jest rejestrowany przez określony czas. Nachylenie (a) wykresu wzrostu temperatury w funkcji logarytmu czasu jest wykorzystywane do obliczenia przewodności cieplnej (k). Im wyższa przewodność cieplna próbki, tym mniejsze nachylenie. W przypadku próbek o niskiej przewodności cieplnej nachylenie jest większe.

Dostępne sondy pomiarowe:

Co to jest metoda Transient Line Source (TLS)?

Metoda Transient Line Source (TLS), znana również jako metoda przejściowego liniowego źródła ciepła, to technika transientna (przejściowa) służąca do pomiaru przewodności cieplnej (thermal conductivity) oraz rezystywności termicznej materiałów. Jest to jedna z najpopularniejszych i standaryzowanych metod do badań materiałów takich jak gleby, skały, beton, polimery czy inne miękkie lub porowate substancje.

Jak działa metoda TLS?

• Używa się długiej, cienkiej igły (probe needle), która zawiera jednocześnie źródło ciepła (drut grzewczy) i czujnik temperatury.
• Igła jest w pełni wkładana do próbki materiału.
• Przez drut przepuszcza się stały prąd elektryczny, co powoduje stałe wydzielanie ciepła (stała moc grzewcza q).
• Rejestruje się wzrost temperatury w funkcji czasu.
• Przewodność cieplna (k) oblicza się na podstawie nachylenia krzywej temperatury w zależności od logarytmu czasu (im wyższa przewodność, tym wolniejszy wzrost temperatury).

Matematycznie opiera się na modelu nieskończonego liniowego źródła ciepła w nieskończonym medium. Wyższa przewodność cieplna oznacza niższe nachylenie krzywej.

Zalety metody TLS:

• Szybka (pomiar trwa zazwyczaj kilka minut).
• Przenośna – idealna do pomiarów polowych (in-situ) i laboratoryjnych.
• Dokładna dla materiałów porowatych i wilgotnych – lepiej radzi sobie z wilgocią niż metody stacjonarne (steady-state), gdzie parowanie może zniekształcać wyniki.
• Nie wymaga dużych próbek ani długiego oczekiwania na stan ustalony.

Standardy:

• ASTM D5334 (dla gleb i miękkich skał).
• IEEE 442 (dla rezystywności termicznej gleby).
• Czasem ASTM D5930 (dla tworzyw sztucznych).

Zastosowania:

• Geotechnika i pompy ciepła (ocena gruntu pod instalacje geotermalne).
• Budownictwo (beton, izolacje).
• Badanie materiałów polimerowych, ceramiki, proszków
• Pomiary in situ w wykopach próbnych (np. badania pod farmy fotowoltaiczne)
• Pomiary laboratoryjne na próbkach gruntów (wykonywanie krzywych wysychania)

Funkcje

TLS-100 przeznaczony do pomiaru przewodności cieplnej i rezystywności cieplnej różnych próbek, w tym gleby, skał, betonu i polimerów. TLS-100 zgodny jest z normami ASTM D5334-22a i IEEE 442-2017. Igła czujnika składa się z cienkiego drutu grzewczego i czujnika temperatury zamkniętego w stalowej rurce o długości 150, 100 lub 50 mm. Czujnik jest całkowicie wprowadzany do badanej próbki. Ciepło jest dostarczane do próbki za pomocą źródła prądu stałego (q), a wzrost temperatury jest rejestrowany w określonym czasie. Nachylenie (a) z wykresu wzrostu temperatury w funkcji logarytmu czasu jest wykorzystywane do obliczania przewodności cieplnej (k). Im wyższa przewodność cieplna próbki, tym mniejsze nachylenie. W przypadku próbek o niskiej przewodności cieplnej nachylenie będzie wyższe.

 

Dostępne czujniki pomiarowe:

• Standardowy czujnik 100 mm
  
  Każdy TLS-100 jest wyposażony w standardowy czujnik 100 mm do badania gleby, miękkich materiałów, polimerów i materiałów łatwych do wiercenia. Czujnik igłowy jest całkowicie wprowadzany do izotermicznej próbki, a pomiar jest wykonywany za naciśnięciem przycisku. Po 180 sekundach wyświetlane są wyniki przewodności cieplnej i rezystywności cieplnej. Zapisane wyniki można również wyeksportować do komputera za pomocą wygodnego oprogramowania narzędziowego i połączenia USB.
  
  Krzywe wysychania termicznego gleby można przygotować, mierząc przewodność cieplną próbki przy różnych zawartościach wilgoci, gdy próbka wysycha od nasycenia. Typowe podejście do suszenia obejmuje ogrzewanie gleby w podwyższonej temperaturze. Próbka jest wyjmowana, ważona i mierzona pod kątem przewodności cieplnej w różnych odstępach czasu, aż do całkowitego wyschnięcia.

• Czujnik TLS 50 mm - opcjonalny czujnik 50 mm
  Czujnik 50 mm został zaprojektowany do badania twardych próbek, takich jak skały i beton. Wywiercenie wymaganego otworu o średnicy 4 mm x 50 mm w sztywnych próbkach jest łatwe dzięki dostarczonemu wiertłu do muru. Podczas testowania twardych próbek stosuje się termiczny smar kontaktowy w celu zwiększenia kontaktu między czujnikiem a próbką.
  
  
• Czujnik TLS 150 mm
  Opcjonalny czujnik 150 mm jest używany do badań laboratoryjnych i terenowych gleby i miękkich materiałów zgodnie z IEEE 442-2017. Igła jest całkowicie wprowadzana do izotermicznej próbki, a pomiar jest wykonywany po naciśnięciu przycisku. Po 180 sekundach wyświetlane są wyniki przewodności cieplnej i rezystywności cieplnej.
  
  
• TLS-100 vCp
  Opcjonalny czujnik przeznaczony do określenia:
  
  1. Dyfuzyjności cieplnej (D)  wielkość opisująca zdolność materiału do dyfuzji ciepła wewnątrz niego samego. Jest to istotne w przypadku materiałów, które nie są jednorodne, np. w przypadku mieszanin lub materiałów porowatych. Przewodność cieplna jest miarą zdolności materiału do przenoszenia ciepła, a dyfuzyjność cieplna mierzy szybkość wymiany ciepła.
  
  2. Objętościowe ciepło właściwe, wyrażane w J/m³·K, to energia potrzebna do podwyższenia temperatury jednostki objętości materiału o 1 Kelvina.
  Definicja i jednostki:
  
  • Objętościowe ciepło właściwe (C): Energia cieplna potrzebna do podgrzania jednostki objętości substancji o 1 K (Kelvin).
  • Jednostka: J/m³·K (dżul na metr sześcienny na kelwin).
  • Wzór: C = Q / (ΔT * V), gdzie:
    • Q - ilość dostarczonego ciepła (J).
    • ΔT - zmiana temperatury (K).
    • V - objętość (m³).
  
  

 

 

Przykładowe aplikacje:

Pomiar parametrów zasypki w przypadku kabli podziemnych

Zasypka gruntowa to materiał wykorzystywany do wypełnienia wykopów po ułożeniu kabli podziemnych. Materiał ten zapewnia odpowiednią obciążalność prądową, niezawodność oraz trwałość instalacji kablowej. Kluczowe funkcje zasypki gruntowej to odpowiednie odprowadzanie ciepła, ochrona mechaniczna oraz stabilność w obliczu nacisków zewnętrznych.

Glebą naturalną jest powszechnie stosowany materiał zasypowy, polegający na ponownym wykorzystaniu wykopanej lub przemieszczonej gleby. Jest to jedyna opcja w przypadku instalacji kabli podmorskich przy użyciu sprzętu do zasypu kabli. Tam, gdzie pozwalają na to lokalne przepisy, gleby naturalne stosowane do zasypywania kabli lądowych są układane przy lokalnym poziomie wilgotności i zagęszczenia, które zapewniają maksymalne odprowadzanie ciepła oraz zapobiegają przemieszczaniu się lub osiadaniu.

Alternatywą dla zasypek z gleby naturalnej są zasypki inżynieryjne, takie jak piasek stabilizowany, mieszanki piasku z cementem (zazwyczaj w proporcji 14:1) oraz zasypki fluidalne, które składają się z piasku, cementu, wody, dodatków i innych składników.

Warto zauważyć, że wypełnienia fluidalne są coraz częściej preferowane w nowoczesnych instalacjach ze względu na łatwość ich stosowania i mniejsze ryzyko uszkodzenia kabli. W przeciwieństwie do tradycyjnych wypełnień, które wymagają zagęszczenia, wypełnienia fluidalne otaczają kable, minimalizując ryzyko naprężeń mechanicznych lub uszkodzeń podczas instalacji.

Chociaż koszt prawidłowo zaprojektowanego i ułożonego materiału zasypowego jest wyższy niż w przypadku wykorzystania gruntu naturalnego, do jego głównych zalet należą: wzrost (często znaczny) prądu znamionowego kabla wynikający z niskiej oporności cieplnej, zmniejszenie strat elektrycznych i oszczędności kosztów w całym okresie eksploatacji systemu kablowego, a także ochrona przed migracją wilgoci (wysychaniem gruntu) dzięki dobrej stabilności termicznej.

Rezystywność cieplna gleb naturalnych

Rezystywność cieplna gleby jest bardzo wrażliwa na zawartość wilgoci w glebie, która zależy od opadów deszczu oraz migracji wilgoci (wysychania gleby) spowodowanej ogrzewaniem kabli.

Gleba składa się z cząstek stałych ziaren gleby, pustych przestrzeni powietrznych i wody. Ziarna gleby mają opór cieplny wynoszący od 0,11 do 1,7 K·m/W. Opór cieplny wody stojącej wynosi 1,65 K·m/W, a powietrza – około 40 K·m/W.

Opór cieplny betonu

Beton jest powszechnie stosowany jako materiał do zasypywania podziemnych kabli wysokiego napięcia ze względu na swoje korzystne właściwości termiczne. W przeciwieństwie do gruntu beton nie ulega migracji wilgoci ani wysychaniu, dzięki czemu zachowuje stabilne właściwości termiczne w miarę upływu czasu.

Opór cieplny betonu stosowanego do zasypywania kabli wynosi zazwyczaj od 0,5 do 1,0 K·m/W. Oto niektóre konkretne wartości:

• Beton standardowy: 0,6–1,0 K·m/W
• Beton gęsty: 0,5–0,7 K·m/W
• Beton lekki: 1,0–1,5 K·m/W

Niektórzy producenci oferują specjalistyczne produkty z betonu termicznego do zasypywania kabli o jeszcze niższej oporności cieplnej. Niska i stabilna oporność cieplna betonu sprawia, że jest on doskonałym materiałem do zasypywania podziemnych kabli wysokiego napięcia, umożliwiającym stosowanie wyższych prądów znamionowych i zapewniającym bardziej niezawodne działanie w długim okresie w porównaniu z zasypami z gruntu naturalnego.

Opór cieplny specjalnie przygotowanego materiału zasypowego dla poprawy własności cieplnych kabli

W celu poprawy właściwości cieplnych kabli oraz wytrzymałości mechanicznej wykopu stosuje się specjalnie przygotowany materiał zasypowy, który otacza kable. Dobrej jakości specjalnie przygotowany materiał zasypowy składa się z drobnoziarnistego materiału (określonego na podstawie analizy sitowej), który jest dobrze zagęszczony i powinien charakteryzować się opornością cieplną w stanie mokrym wynoszącą od 0,35 do 0,45 K·m/W oraz opornością cieplną w stanie suchym wynoszącą od 0,9 do 1,1 K·m/W. W przypadku danego materiału zasypowego gęstość sucha ma największy wpływ na opór cieplny w warunkach całkowitej suchości. Opór cieplny materiału zasypowego zależy od zawartości wilgoci. Właściwości materiałów stosowanych do zasypu przedstawiono w tabeli poniżej.

Opór cieplny zasypki zależy od stopnia jej zagęszczenia, który wpływa na zawartość wody. Wysoki stopień zagęszczenia zasypki zapewnia dobre właściwości cieplne. Zasypka nie może być całkowicie pozbawiona wody; podczas układania i zagęszczania wokół kabli musi być nawilżona i nie może być sucha. Istnieje optymalna zawartość wody, przy której uzyskuje się maksymalną gęstość. Krzywa zależności wilgotności od gęstości dla danego materiału zasypowego (uzyskana w laboratorium za pomocą próby Proctora) określa gęstość przy optymalnej zawartości wody. Optymalna wilgotność dla ziarnistych, niespójnych gruntów (takich jak piasek) wynosi około 8–12%, a grunt wydaje się dość wilgotny. Maksymalna gęstość na krzywej wynosi 2120 kg/m³ przy wilgotności 7,6%.

Porównanie miernika TLS-100 i uniwersalnej platfformy MP-2 - główne różnice pomiędzy TLS-100 a MP-2 firmy Thermtest:

Typ urządzenia i przeznaczenie:

Metody pomiarowe i czujniki:

Zakres zastosowań i materiałów:

Dokładność i powtarzalność:

Obsługa i funkcje:

Podsumowanie: